Синтез наноструктур BN и их применение для упрочнения легких металлических матриц на основе Al тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Фаерштейн, Константин Леонидович

• Фаерштейн, Константин Леонидович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Фаерштейн, Константин Леонидович

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основные подходы к синтезу наноматериалов

1.2 Механические свойства наноматериалов

1.3 Применение наноструктур для создания конструкционных материалов

1.4 Дисперсионно-упрочненные композиционные материалы. Использование наноструктур, в качестве упрочняющих добавок

1.5 Применения наноструктур для создания дисперсионно-упрочненных композиционных материалов с А1 матрицей

1.6 Дисперсионно-упрочненные композиционные материалы на основе А1, упрочненные наноструктурами гексагонального BN

1.7 Наноструктуры ВК Методы синтеза ВК наноструктур

1.8. Методы получения дисперсионно-упрочненных композиционных материалов

1.9. Применение метода искрового плазменного спекания для синтеза дисперсионно-упрочненных композиционных материалов

1.10. Применения метода спиннингования из расплава для получения дисперсионно-упрочненных композиционных материалов

1.11. Области применения и перспективы использования дисперсионно-упрочненных композиционных материалов на основе А1, упрочненных

наноструктурами BN

Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НАНОСТРУКТУР BN и КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ А1, УПРОЧНЕННЫХ НАНОСТРУКТУРАМИ BN 2.1 Исходные материалы

2.1.1 Исходные материалы, используемые для синтеза наноструктур

2.1.2 Исходные материалы, используемые для синтеза дисперсионно-упрочненных композиционных материалов на основе А1

2.2 Методика синтеза наноструктур ВК

2.2.1 Синтез наноструктур БК методом химического осаждения из паровой фазы

2.2.2 Синтез наноструктур БК методом прямого взаимодействия бората Ы с аммиаком

2.3 Методика приготовления порошковых смесей

2.3.1 Ультразвуковое смешивание порошков А1 и БК

2.3.2 Механическая активация порошков Л1 и ВК

2.4 Получение композиционных материалов А1-БК методом спиннингования из расплава

2.5 Получение композиционных материалов А1-БК методом импульсного плазменного спекания

2.6 Исследование механических свойств композиционных материалов А1-БК

2.6.1 Испытания на прочность композиционных материалов А1-БК

2.6.2 Испытания на прочность композиционных материалов А1-БК при повышенной температуре

2.6.3 Исследование микротвёрдости композиционных материалов А1-БК

2.7 Методы структурных исследований наноструктур ВК и композиционных

материалов А1-БК

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА РОСТА И МОРФОЛОГИИ НАНОСТРУКТУР ВК

3.1 Изучение влияния различных катализаторов на основе щелочных и щелочноземельных металлов на синтез наноструктур нитрида бора

3.2 Исследование влияния температуры на морфологию, наноструктур БК

3.3 Механизм роста наноструктур ВК в процессе химического осаждения из газовой фазы

3.4 Прямой синтез наноструктур ВК из В в присутствии Li содержащих соединений

3.5 Исследование морфологии, элементного и фазового состава наноструктур БК

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЛЕНТ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СПИННИНГОВАНИЯ ИЗ РАСПЛАВА

4.1 Механические свойства композиционных лент

4.2 Структура быстрозакаленных лент на основе алюминия, упрочненных наноструктурами BN

4.3 Механизм упрочнения композиционных материалов полученных методом

спиннингования из расплава

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Al-BN, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ

5.1 Анализ порошковых смесей

5.2 Механические свойства дисперсионно-упрочненных композиционных материалов на основе Al, упрочненных наноструктурами BN

5.3 Структура дисперсионно-упрочненных композиционных материалов на основе Al, упрочненных наноструктурами BN

5.4 Механические свойства дисперсионно-упрочненных композиционных материалов на основе Al, упрочненных наночастицами BN, полученных с применением метода механической активации

5.5 Структура дисперсионно-упрочненных композиционных материалов на основе Al, упрочненного наночастицами BN, полученных с применением метода механической активации

5.6 Механические свойства дисперсионно-упрочненных композиционных материалов на основе сплава Д18, упрочненного наночастицами

BN

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез наноструктур BN и их применение для упрочнения легких металлических матриц на основе Al»

ВВЕДЕНИЕ

Создание новых типов алюмоматричных композиционных материалов, обладающих высокими механическими свойствами в диапазоне температур до 500°С, является важной научно-технической задачей. Применение конструкционных материалов с высокой удельной прочностью в машиностроении и аэрокосмической индустрии позволит существенно снизить вес конструкций, что, в конечном итоге, обеспечит существенную экономию энергии.

Одним из подходов к созданию легких высокопрочных алюмоматричных композиционных материалов является использование наноструктур БК в качестве упрочняющей добавки. БК наноструктуры обладают набором уникальных характеристик, таких как высокая химическая инертность, стойкость к высокотемпературному окислению, высокие значения модуля Юнга и механической прочности, что позволяет их использовать для создания высокопрочных композиционных материалов. Существующие литературные данные о высоких механических свойствах нанокомпозитов А1/БК (прочность на разрыв - 0,5-1,4 ГПа), состоящих из единичной многостенной нанотрубки БК, покрытой слоем А1 толщиной 100 нм, также подтверждают актуальность постановки работ по получению макрокомпозитов на основе А1 упрочненного БК наноструктурами. Сдерживающим фактором для получения объемных композиционных материалов армированных наночастицами БК является отсутствие технологии получения наноструктур БК различной морфологии. Данная проблема требует проведения дополнительных исследований, направленных на изучение механизма зарождения и роста наноструктур БК с целью получения достаточного количества однородного материала за один синтез.

Актуальной проблемой является разработка не только новых методов

получения наноструктур БК, но и поиск катализаторов для синтеза наноструктур

БК определенной морфологии. В данной работе было исследовано каталитическое

влияние соединений щелочных и щелочноземельных металлов на синтез

наноструктур БК, предложен новый механизм зарождения и роста наноструктур, а

также разработан новый метод синтеза, позволяющий получать достаточное

5

количество продукта для производства макрообразцов композиционных материалов.

Работы по получению объемных композиционных материалов, армированных наноструктурами ВИ, ранее не проводились. В настоящей работе впервые были получены композиционные материалы на основе А1 с добавлением нанотрубок (ВИНТ) и наночастиц ВИ (ВИНЧ). Для производства композиционных материалов применялись методы спиннингования из расплава и искрового плазменного спекания. Механические испытания проводились как при комнатной, так и при повышенной температурах. Проведенные структурные исследования полученных композиционных материалов позволили установить структурные особенности, обеспечивающие высокие механические свойства композитов А1/ВИ наноструктуры.

Работа выполнялась в рамках следующих проектов:

1. Программа повышения конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров исследований (проект НИТУ «МИСиС» № К2-2015-001);

2. Грант Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования (Соглашение № 1 Ш34.31.0061);

3. Грант РФФИ №16-38-00913 мол_а от 1 января 2014 г по теме «Изучение процесса межфазного взаимодействия, структуры границ раздела фаз и механических свойств композиционных материалах на основе А1, упрочненного наноструктурами В№>

Цель диссертационной работы:

Целью работы являлась разработка научных и технологических подходов к получению однородных наноструктур ВИ и их последующему применению для

получения алюмоматричных композиционных материалов с высокой

механической прочностью.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

— Поиск катализаторов синтеза БК наноструктур на основе щелочных и щелочноземельных металлов;

— Разработка модели зарождения и роста нанотрубок БК;

— Разработка нового метода синтеза наноструктур БК методом прямой реакции бората Ы с аммиаком. Поиск оптимальных технологических параметров для синтеза морфологически однородных наноструктур БК;

— Получение композиционных материалов на основе А1, упрочненных нанотрубками и наночастицами БК, с применением методов спиннингования из расплава и искрового плазменного спекания;

— Изучение механические свойства полученных композиционных материалов при комнатной и повышенной температурах. Анализ механизма разрушения композитов;

— Изучение структуры полученных композиционных материалов, выявление взаимосвязи структуры и механических свойств;

Научная новизна:

1. Установлена каталитическая активность оксидов щелочных и щелочноземельным металлов при синтезе наноструктур БК и определена оптимальная температура синтеза нанотрубок БК при использовании Ы20 в качестве катализатора.

2. Предложена модель зарождения и роста нанотрубок БК, согласно которой рост нанотрубок БК осуществляется из расплава бората, образованного за счет реакции Ы-содержащих соединений с БК подложкой.

3. На основании предложенной модели роста, был разработан новый метод синтеза БК наноструктур за счет прямой реакции бората Ы с аммиаком.

Установлены оптимальные температуры для синтеза нанотрубок, графеноподобных листов и наночастиц ВИ.

4. Впервые получены композиционные материалы на основе А1, упрочненного наноструктурами ВИ, с применением методов спиннингования из расплава и искрового плазменного спекания. Показано существенное увеличение прочности композитов по сравнению с чистым А1 как при комнатной, так и при повышенной температуре. Установлена связь между оптимальными технологическими режимами получения реакционных смесей и композиционных материалов, концентрацией упрочняющей фазы ВИ, структурой и механическими свойствами конечных продуктов.

Практическая значимость:

1. Разработан новый метод синтеза наноструктур ВИ, в основе которого лежит прямая реакция бората Ы с аммиаком. Данный метод позволяет получать наноструктуры ВИ с заданной морфологией и высоким выходом годного. Метод позволяет синтезировать графеноподобные листы, нанотрубки и наночастицы ВИ.

2. Установлены температурные интервалы синтеза наноструктур различной морфологии: 1100-1200 графеноподобные листы, 1250-1300 нанотрубки, 1300-1350 наночастицы.

3. Получены новые композиционные материалы на основе А1 и сплава Д-18 с прочностью на разрыв соответственно 380 и 420 МПа соответственно. Прочность материалов при температуре 500 °С составила 187 (А1) и 45 МПа (Д-18).

4. Подана заявка на патент «Способ получения графеноподобных листов из нитрида бора» Авторы изобретения: Штанский Д. В., Матвеев А. Т., Ковальский А. М., Фаерштейн К. Л., Штейнман А. Э., Сухорукова И. В. -№ 2016107792, Дата приоритета: 03.03.2016

5. Подана заявка на патент «Способ получения нанотрубок нитрида бора» Авторы изобретения: Штанский Д. В., Матвеев А. Т., Ковальский А. М., Фаерштейн К. Л., Штейнман А. Э., Сухорукова И. В. -№ 2016107790, Дата приоритета: 03.03.2016

На защиту выносятся:

1. Установленные особенности морфологии синтезированных наноструктур BN в зависимости от состава использованных катализаторов синтеза на основе оксидов щелочных и щелочноземельных металлов.

2. Установленные зависимости морфологии синтезированных наноструктур BN от температуры при их получении методом прямого синтеза наноструктур BN из бората Li.

3. Установленные зависимости прочности и предела текучести при комнатной и повышенной температурах (до 500 °С) для композиционных материалов на основе Al, упрочненных нанотрубками и наночастицами BN, в зависимости от концентрации нанофазы и метода получения композитов.

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях: XVIII Международная научно - практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, Россия, 2012 г.; Международный симпозиум по метастабильным, аморфным и наноструктурным материалам «ISMANAM 2012», Москва, Россия, 2012 г.; XXV Российская конференция по электронной микроскопии, Черноголовка, Россия, 2014 г.; 3-ая Европейская конференция по нанопленкам «ECNF 3 & Al-Nanofunc», Севилья, Испания, 2014 г.; 12-ая международная по наноструктурным материалам «NANO 2014», Москва, Россия, 2014 г.; 14-ая международная конференция по плазменным технологиям и инженерии поверхности, Гармиш-Партенкирхен, Германия, 2014 г.;6-ая

9

Международная конференция «Кристаллофизика и деформационное поведение перспективных материалов», Москва, Россия, 2015 г; Международная конференция «Тенденции в области нанотехнологий», Тулуза, Франция, 2015 г; XVI Европейский конгресс по микроскопии, Лион, Франция, 2016г.; Международный конгресс по материаловедению и инженерным наукам, Дармштат, Германия, 2016 г.

Публикации по теме диссертации:

По материалам диссертации имеется 34 публикации, в том числе 9 статей в международных высокорейтинговых научных журналах, рекомендованных ВАК, 21 тезис докладов в сборниках трудов конференций, 1 ноу-хау и 3 заявки на патент РФ.

Достоверность полученных результатов:

Обоснованность и достоверность полученных результатов диссертационной работы подтверждается использованием современного оборудования и аттестованных методик исследований, значительным количеством экспериментальных данных, сопоставлением результатов работы с результатами других авторов.

Личный вклад автора:

Диссертация является законченной научной работой, в которой обобщены результаты исследований, полученные лично автором и в соавторстве. Основная роль в получении и обработке экспериментальных данных, анализе и обобщении результатов принадлежит автору работы. Обсуждение и интерпретация полученных результатов проводилась совместно с научным руководителем и

соавторами публикаций. Основные положении и выводы диссертационной работы сформулированы автором.

Структура и объем диссертации:

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка использованных источников. Диссертация имеет объем 137 страницу, включая 2 таблицы, 61 рисунок, список использованных источников из 162 наименований.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Основные подходы к синтезу наноматериалов

Наноматериалы, наночастицы, нанотрубки, квантовые точки, нитевидные кристаллы, объемные нанокристаллические материалы и другие материалы с характерным размером менее 100 нм в одном и более измерениях, обладают уникальными свойствами не характерными для массивных материалов. Подобная специфика наноматериалов связана с размерным фактором и может быть объяснена следующими особенностями:

• Увеличение роли поверхности при уменьшении линейных размеров (увеличение доли атомов, находящихся на поверхности или границе зерна, увеличение доли поверхностной энергии);

• Отличное от объемных материалов количество и распределение дефектов кристаллической решетки (вакансии и их комплексы, дислокации);

• Размерными эффектами проявляющимися, когда размеры твердого тела по одному и более направлениям соизмеримы с физическими параметрами, имеющими размерность длины (например, размер магнитных доменов, длина свободного пробега электронов, длина волны де Бройля и др.) [1].

Зависимость физико-химических свойств от размера частицы рассматривается на примере оптических спектров, магнитных свойств, термодинамики, электрохимии, электропроводности и транспорта электронов [2].

Следует отметить, что в зависимости от химического состава, морфологии и кристаллической структуры, наноматериалы могут проявлять широкий спектр уникальных свойств важных для последующих практических применений. Так, например, углеродные нанотрубки (УНТ) обладают уникально высоким модулем упругости и пределом прочности [3], что позволяет их использовать для создания новых типов конструкционных материалов; квантовые точки на основе СёБе и 1пОаАв обладают особыми оптическими свойствами [4, 5], нанопорошки металлов Бе, М, Мо проявляют повышенную каталитическую активность [6, 7], монослой

углерода - графен обладает особыми электронными свойствами и может применяться для создания новых типов полупроводниковой техники [8]. Для наноструктур ВИ помимо высоких механических свойств, также характерна стойкость к высокотемпературному окислению, высокая теплопроводность и низкая электропроводность [9, 10].

Большое разнообразие свойств наноматериалов и задач, которые они призваны решать, объясняет большое количество методов их синтеза и, как следствие, сложность их классификации. Формирование высокодисперсных структур может происходить в ходе таких процессов, как фазовые превращения, химическое взаимодействие, рекристаллизация, аморфизация, высокие механические нагрузки, биологический синтез. Как правило, формирование наноматериалов возможно при наличии существенных отклонений от равновесных условий.

Совершенствование ранее известных и разработка новых методов получения наноматериалов определило основные требования, которым они должны соответствовать:

• Метод должен обеспечивать получение материала контролируемого состава с воспроизводимыми свойствами;

• Метод должен обеспечивать временную стабильность наноматериалов, то есть в первую очередь защиту поверхности частиц от самопроизвольного окисления и спекания в процесс изготовления;

• Метод должен иметь высокую производительность и экономичность;

• Метод должен обеспечивать получение наноматериалов с определенным размером частиц или зерен, причем их распределение по размерам должно быть, при необходимости, достаточно узким [1].

В литературе описано большое количество классификаций методов синтеза наноматериалов, в основе которых заложены разные физические и химические принципы. Например, существует классификация методов по принципу изменения размера частиц в ходе синтеза:

• Диспергационные методы (основаны на диспергировании исходных материалов).

• Конденсационные методы (основаны на получении наночастиц из систем, в которых вещества диспергированы на молекулярном (атомном) уровне) [11].

Также широко распространена классификация методов синтеза по агрегатному состоянию среды, в которой происходит рост наноструктур:

• Газофазные. Процессы роста наноматериалов происходят с использованием газовой фазы. Необходимый компонент переводится в газовую фазу. Образование наночастиц происходит в результате конденсации или химических реакций между компонентами газовой фазы.

• Жидкофазные. Рост наночастиц в жидкой фазе за счет химических реакций обмена, разложения, полимеризации, кристаллизации.

• Твердофазные процессы, например, распад твердого раствора на отдельные фазы, выделение нанокристаллов при термообработке стекол и керамик. Возможны также фотохимические процессы в твердых веществах, например, в полимерах, в результате которых происходит образование новой фазы.

• Гибридные методы, использующие химические процессы на границе раздела фаз [2].

Разработка методов синтеза наноматериалов является сложной научно-

технической задачей, для решения которой необходимо учитывать требования,

предъявляемые к свойствам производимых материалов, а также их количеству и

чистоте. Так, например, при синтезе графенов, предназначенных для применений в

электронике, особое внимание уделяется их чистоте и совершенству атомной

структуры. Для синтеза графенов часто применяется метод химического осаждения

из газовой фазы на металлические подложки [12]. Синтез УНТ для последующих

применений в конструкционных материалах должен быть масштабируемым, с

большим выходом годного. Подобным методом является каталитический пиролиз

углеводородов [13]. При получении наноструктурных покрытий необходимым

результатом является постоянство структуры и химического состава покрытия на

14

всей площади подложки. Для этих целей часто применяют методы физического осаждения из газовой фазы, например, магнетронное распыление [14]. Наиболее распространенным подходом к синтезу наноструктур ^-БИ является метод химического осаждения из газовой фазы (БО-СУО метод) при котором пары оксида бора взаимодействуют с аммиаком с образованием БИ [15, 16].

1.2 Механические свойства наноматериалов

Механические свойства материалов напрямую зависят от структуры, дефектности и состоянии межзеренных границ. Принимая во внимание такие особенности наноматериалов, как малое количество или полное отсутствие линейных и точечных дефектов и большую долю поверхностных атомов, можно ожидать существенных изменений в значениях прочности, твердости и пластичности материалов при уменьшении их характерных размеров [17]. Так, например, высокая степень кристаллического совершенства, а также кристаллическая структура УНТ объясняет их экстремально высокие механические свойства. Модуль Юнга для УНТ составляет 1,28-1,8 ТПа, а предел прочности многослойных УНТ, т.е. напряжение, соответствующее максимальному значению нагрузки в момент разрыва образца, составляет 45 ГПа Для сравнения, прочность высокопрочной стали Н18К9М5Т составляет 2 ГПа. Таким образом, нанотрубки приблизительно в 20 раз прочнее высокопрочных высоколегированных сталей. Также высокие механически свойства характерны для графена, БИНТ и графеноподобных листов БИ (БИГЛ). Прочность на разрыв составляет 33 ГПа для БИНТ и 130 ГПа для БИГЛ [18, 19].

Еще одним примером наноматериалов с уникальными механическими свойствами являются нанокристаллические объемные металлы и сплавы с размером зерен в нанометровом диапазоне. Особые механические свойства нанокристаллических материалов часто связывают с размерным эффектом - малый размер зерна (обычно в интервале от 5 до 100 нм) приводит к уменьшению

количества дефектов, в первую очередь изменению дислокационной структуры.

15

Так в работе [20] показано, что минимальный размер кристаллита, при котором краевая дислокация будет стабильна для Си, М и Fe составляет 25, 10 и 2 нанометра соответственно. В работах [21, 22] исследуется связь размеров зерен и дислокационной структуры с механическими свойствами нанокристаллических материалов. Не менее важным следствием уменьшения размера зерна является возрастание роли поверхностей раздела, таких как межзеренные и межфазные границы раздела. В работе [23] предлагается рассматривать границы раздела как самостоятельную фазу. Объемная доля границ раздела для материалов с размером зерен 30 нм достигает 30% [23], а особое состояние атомов на поверхности раздела позволяет полагать, что именно морфология, структура и состав границ раздела определяет свойства нанокристаллических материалов. Так, известно, что скорость диффузии на границах зерен для нанокристаллических материалов может ускоряться на 4-6 порядков [24, 25], что в свою очередь отражается на процессе деформации. Неравновесное состояние на границе раздела может приводить к образованию метастабильных фаз [26]. Повышение удельной теплоемкости [27], коэффициента теплового расширения [28], особые магнитные свойства [29] и повышенная термическая и радиационная стабильность нанокристаллических материалов [30] также связаны с особым состоянием вещества на поверхности раздела. Границы зерен могут рассматриваться как барьер для передачи сдвига от зерна к зерну [17]. Этим объясняется соотношение Холла-Петча, согласно которому предел текучести и твёрдость материала возрастает с уменьшением размера зерна. Следует отметить, что при размере зерен менее 20 - 15 нм может наблюдаться обратная зависимость - снижение предела текучести и твёрдости, при уменьшении размера зерна [17, 31]. Основной причиной аномального поведения соотношения Холла-Петча является изменение механизма деформации нанокристаллических материалов. По мере уменьшения размера зерен в материале классическое дислокационное течение плавно сменяется зернограничным микропроскальзыванием [17].

Получение материала с оптимальным размером зерна, а также формирование

межфазных границ с заданной структурой и химическим составом может являться

16

ключом к созданию материалов с повышенными прочностными характеристиками. Так в работах [32, 33] была показана возможность существенного увеличения прочности нанокристаллических Си и А1, за счет контроля концентрации примесей на границах зерен.

1.3 Применение наноструктур для создания конструкционных материалов

Уникально-высокие механические свойства наноструктур и материалов на их основе позволяют надеяться на создание новых типов конструкционных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками. В первую очередь речь идет об удельной и общей прочности, твердости и жесткости.

В последнее время большое внимание уделяется исследованию конструкционных материалов на основе нанокристаллических металлов и сплавов, полученных методами интенсивно пластической деформации [34]. Так в работе [35] сообщается о производстве наноструктурированной стали в промышленных масштабах. Активно разрабатываются сплавы на основе Л с размером зерен 100 нм и менее для медицинских применений. Использование наноструктурированных сплавов позволяет добиться необходимых механических свойств при сохранении биосовместимости. Высокая удельная прочность наноструктурированных алюминиевых и магниевых сплавов позволяет рассматривать их в качестве элементов конструкций летательных аппаратов. Наноструктурированные никелевые сплавы могут быть использованы для материалов, работающих при повышенных температурах. Известны также работы, посвященные изучению свойств и методов получения нанокристаллических керамик [36].

На данный момент большинство известных работ посвящено изучению

свойств нанокристаллических материалов, состоящих из чистых металлов и

сплавов [37-39]. Известны работы по созданию и изучению свойств

нанокристаллических керамических материалов [36, 40-41]. Однако, на

сегодняшний день, информации о прочностных свойствах, механизмах

деформации, и методах получения металлокерамических композиционных

17

материалов с размерами как металлических, так и керамических структурных элементов до 100 нм достаточно мало. Тем не менее, опубликованные на данный момент работы позволяют сделать вывод о том, что наноструктурирование может послужить основой для создания нового поколения конструкционных материалов с существенно улучшенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с известными на данный момент аналогами. Так, например, известны работы [4245], в которых сообщалось о значительном повышении прочности нанокристаллических композиционных материалов на основе Си, упрочненных оксидными фазами и показана стабильность границ зерен (отсутствие рекристаллизации) для нанокомпозита Си/А1203 при температурах до 900 °С. Механические свойства нанокристаллических композитов на основе алюминия изучались в работах [46, 47], где показана перспективность подобных материалов.

Перспективных подходом является применение наноматериалов в качестве упрочняющей добавки при создании композиционных материалов. Так уже разработаны технологии производства полимеров упроченных УНТ и ВИНТ. Использование ВИНТ позволяет получить оптически прозрачные полимерные материалы с высокими механическими свойствами. Большое количество работ посвящено использованию наноматериалов для получения композитов с повышенной прочностью на основе металлов и керамик.

Отметим, что также рассматриваются возможности применения УНТ и нановолокон в качестве исходных материалов для получения сверхпрочных нитей и волокон, однако для этого необходимо решить задачу эффективной передачи нагрузки между нанотрубками или проблему синтеза нанотрубок с существенной большей длиной, чем известные на данный момент [48].

1.4 Дисперсионно-упрочненных композиционные материалы. Использование наноструктур, в качестве упрочняющих добавок

Дисперсионно-упрочненные композиционные материалы (ДКМ) известны

уже несколько десятков лет и активно применяются в разных отраслях

18

промышленности [49]. Так, например, добавление к А1 матрице от 6 вес. % А12О3 (композиционный материал САП-1) приводит к существенному увеличению прочности до ав = 300 МПа, а также к значительному росту жаропрочности. Предел прочности композиционного материала САП-1 при температуре 500 °С составляет 80 МПа, тогда как прочность традиционных стареющий алюминиевых справах при этой температуре находится в пределах 1-5 МПа [50, 51]. Разработаны технологии промышленного производства композиционных материалов на основе М: ВДУ-1, ВДУ-1, упрочненные оксидами ТЮ2 и НГО2; Си: Си-БеО и Си-АЪО3; М§: М§-М§О и других металлов. Основным достоинством композитов на основе металлических матриц является высокая прочность при повышенных температурах. Для обычных дисперсионно-твердеющих сплавов перегревы выше 0.2-0.5Тпл (в зависимости от конкретного сплава) приводят к изменению структуры и резкому снижению прочности, тогда как ДКМ способны сохранять высокие значения прочность вплоть до температур 0.9Тпл [52].

Основным механизмом упрочнения ДКМ является механизм торможения дислокаций на мелких некогерентных включениях упрочняющей фазы [53, 54]. Но стоит отметить, что упрочняющие частицы могут также играть роль модификаторов, приводящих к измельчению зерна материала матрицы, что в свою очередь приводит к увеличению прочности согласно закону Холла-Петча [55]. Упрочняющие добавки также стабилизируют структуру матрицы, что способствует сопротивлению высокотемпературной ползучести и повышению жаропрочности композиционного материала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фаерштейн, Константин Леонидович, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Рыжонков Д. И., Лёвина В. В., Дзидзигури Э. Л. Наноматериалы.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.- 365с.

2. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии.- М: Физматлит, 2005.- 416с.

3. Salvetat J.P., Bonard J.M., Thomson N.H., Kulik A.J., Forro L., Benoit W., Zuppiroli L. Mechanical properties of carbon nanotubes // Applied Physics A.-1999.- V.69.- Issue 3.- P. 255-260.

4. Konstantatos G., Howard I., Fischer A., Hoogland S., Clifford J., Klem E., Levina L., Sargent E.H. Ultrasensitive solution-cast quantum dot photodetectors // Nature.- 2006.- V.442.- Issue 7099.- P.180-183.

5. Bera D., Qian L., Tseng T.K., Holloway P.H. Quantum dots and their multimodal applications: a review // Materials.- 2010.- V 3.- Issue 4.- P.2260-2345.

6. Dai J., Bruening M.L. Catalytic nanoparticles formed by reduction of metal ions in multilayered polyelectrolyte films // Nano Letters.- 2002.- V.2.- Issue 5.- P.497-501.

7. Li Y., Liu J., Wang Y., Wang Z.L. Preparation of monodispersed Fe-Mo nanoparticles as the catalyst for CVD synthesis of carbon nanotubes // Chemistry of Materials.- 2001.- V.13.- Issue 3, P.1008-1014.

8. Allen M.J, Tung V.C., Kaner R.B. Honeycomb carbon: a review of graphene // Chemical reviews.- 2009.- V.110.- Issue 1, P.132-145.

9. Golberg D., Bando Y., Tang C.C., Zhi C.Y. Boron nitride nanotubes // Advanced Materials.- 2007.- V.19.- Issue 18, P.2413-2432.

10. Golberg D., Bando Y., Huang Y., Terao T., Mitome M., Tang C., Zhi C. Boron nitride nanotubes and nanosheets // Acs Nano.- 2010.- V.4.- Issue 6.- P.2979-2993.

11. Андриевский Р. А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы.- М.: Академия, 2005.- 192 с.

12. Losurdo M., Giangregorio M.M., Capezzuto P., Bruno G. Graphene CVD growth on copper and nickel: role of hydrogen in kinetics and structure // Physical Chemistry Chemical Physics.- 2011.- V.13.- Issue 46, P.20836-20843.

13. Chung Y.H., Jou S. Carbon nanotubes from catalytic pyrolysis of polypropylene // Materials chemistry and physics.- 2005..- V.92.- Issue 1, P. 256-259.

14. Kelly P.J., Arnell R.D. Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications // Vacuum.- 2000.- V.56.- Issue 3.- P.159-172.

15. Zhi C., Bando Y., Tan C., Golberg D. Effective precursor for high yield synthesis of pure BN nanotubes // Solid state communications.- 2005.- V.135(1), pp.67-70.

16. Huang Y., Lin J., Tang C., Bando Y., Zhi C., Zhai T., Dierre B., Sekiguchi T., Golberg D. Bulk synthesis, growth mechanism and properties of highly pure ultrafine boron nitride nanotubes with diameters of sub-10 nm // Nanotechnology.-2011.- V.22.- Issue 14.- P.145602.

17. Андриевский Р.А., Глезер A.M. Прочность наноструктур // Успехи физических наук.- 2009.- №4.- C. 337-358

18. Wei X., Wang M.S., Bando Y., Golberg D. Tensile tests on individual multi-walled boron nitride nanotubes // Advanced Materials.- 2010.- V.22.- Issue 43.- P.4895-4899.

19. Lee C., Wei X., Kysar J.W., Hone J. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene // Science.- 2008.- V.321.- Issue 5887.-P.385-388.

20. Gryaznov V.G., Polonsky I.A., Romanov A.E., Trusov L.I. Size effects of dislocation stability in nanocrystals // Physical Review B.- 1991.- V. 44.- Issue 1.-P. 42.

21. Cordero N.M., Forest S., Busso E.P., Berbenni S., Cherkaoui M. Grain size effects on plastic strain and dislocation density tensor fields in metal polycrystals // Computational Materials Science.- 2012.- V.52.- Issue 1.- P. 7-13.

22. Jiang B., Zhang S. The effects of strain rate and grain size on nanocrystalline materials: A theoretical prediction // Materials & Design.- 2015.- V.87.- P.49-52.

23. Meyers M.A., Mishra A., Benson D.J. Mechanical properties of nanocrystalline materials // Progress in Materials Science.- 2006.- V.51.- Issue 4.- P.427-556.

24. Roland W., Herth S., Brossmann U. Diffusion in nanocrystalline metals and alloys - a status report // Advanced Engineering Materials.- 2003.- V.5.- Issue 5.- P. 365372.

25. Wang Z.B., Tao N.R., Tong W.P., Lu J., Lu K., Diffusion of chromium in nanocrystalline iron produced by means of surface mechanical attrition treatment // Acta Materialia.- 2003.- V.51.- Issue 14.- P. 4319-4329.

26. Srinivasan D., Chattopadhyay K. Metastable phase evolution and hardness of nanocrystalline Al-Si-Zr alloys // Materials Science and Engineering: A.- 2001.-V. 304.- P. 534-539.

27. Rupp J., Birringer R. Enhanced specific-heat-capacity (c p) measurements (150300 K) of nanometer-sized crystalline materials // Physical Review B.- 1987.-V.36.- Issue 15.- P. 7888.

28. Kuru Y., Wohlschlögel M., Welzel U., Mittemeijer E.J. Crystallite size dependence of the coefficient of thermal expansion of metals // Applied physics letters.- 2007.-V. 90.- Issue 24, P.243113.

29. Suzuki K., Makino A., Inoue A., Masumoto T., Soft magnetic properties of nanocrystalline bcc Fe-Zr-B and Fe-M-B-Cu (M= transition metal) alloys with high saturation magnetization // Journal of Applied Physics.- 1991.- V.70.- Issue 10.- P. 6232-6237.

30. Андриевский Р.А. Наноструктуры в экстремальных условиях // Успехи физических наук.- 2014.- №184.- С. 1017-1032.

31. Pande C.S., Cooper K.P. Nanomechanics of Hall-Petch relationship in nanocrystalline materials // Progress in Materials Science.- 2009.- V. 54.- Issue 6.-P. 689-706.

32. Vo N.Q., Schäfer J., Averback R.S., Albe K., Ashkenazy Y., Bellon P. Reaching theoretical strengths in nanocrystalline Cu by grain boundary doping // Scripta Materialia.- 2011.- V.65.- Issue.-8, P.660-663.

33. Gianola D.S., Mendis B.G., Cheng X.M., Hemker K.J., Grain-size stabilization by impurities and effect on stress-coupled grain growth in nanocrystalline Al thin films // Materials Science and Engineering: A.- 2008.- V.483.- P.637-640.

34. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы. Получение, структура и свойства / М.: Академкнига, 2007.- 398 с.

35. Gonsalves K.E., Xiao T.D., Chow G.M., Law C.C., Synthesis and processing of nanostructured M50 type steel // Nanostructured materials.- 1994.- V.4.- Issue 2.-P. 139-147.

36. Cain M. Morrell R., Nanostructured ceramics: a review of their potential // Applied organometallic chemistry.- 2001.- V.15.- Issue 5.- P.321-330.

37. Youssef K.M., Wang Y.B., Liao X.Z., Mathaudhu S.N., Kecskés L.J., Zhu Y.T., Koch C.C., High hardness in a nanocrystalline Mg 97 Y 2 Zn 1 alloy// Materials Science and Engineering: A.- 2011.- V528, P. 7494-7499.

38. Zhao K.Y., Li C.J., Tao J.M., Ng D.H., Zhu X.K. The synthesis, microstructure, hardness and thermal properties of bulk nanocrystalline Al produced by in situ consolidation with low-energy ball milling // Journal of Alloys and Compounds.-2010.- V.504.- P. 306-310.

39. Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta materialia.- 2000.- V.48.- Issue 1.- P 1-29.

40. Mayo M.J. Processing of nanocrystalline ceramics from ultrafine particles // International materials reviews.- 1996.- V.41.- Issue 3.- P. 85-115.

41. Chaim R., Levin M., Shlayer A., Estoumès C. Sintering and densification of nanocrystalline ceramic oxide powders: a review // Advances in Applied Ceramics.- 2008.- V.107.- Issue 3.- P. 159-169.

42. Venugopal T.P. K., Rao K.P., Murty B.S. Synthesis of copper-alumina nanocomposite by reactive milling // Materials Science and Engineering: A.-2005.- V.393.- P. 382-386

43. Kudashov D.V., Baum H., Martin U., Heilmaier M., Oettel H., Microstructure and room temperature hardening of ultra-fine-grained oxide-dispersion strengthened

copper prepared by cryomilling // Materials Science and Engineering: A.- 2004.-V.387.- P. 768-771.

44. Nachum S., Fleck N.A., Ashby M.F., Colella A., Matteazzi P., The microstructural basis for the mechanical properties and electrical resistivity of nanocrystalline Cu-Al2O3 // Materials Science and Engineering: A.- 2010.- V.527.- Issue 20.- P. 50655071.

45. Durisinova K., Durisin J., Orolinova M., Durisin M., Szabo J., Effect of mechanical milling on nanocrystalline grain stability and properties of Cu-Al2O3 composite prepared by thermo-chemical technique and hot extrusion // Journal of Alloys and Compounds.- 2015.- V.618.- P. 204-209.

46. Goujon C., Goeuriot P. Influence of the content of ceramic phase on the precipitation hardening of Al alloy 7000/AlN nanocomposites // Materials Science and Engineering: A.- 2003.- V.356.- P. 399-404.

47. Ferguson J.B., Aguirre I., Lopez H., Schultz B.F., Cho K., Rohatgi P.K. Tensile properties of reactive stir-mixed and squeeze cast Al/CuO np-based metal matrix nanocomposites.- Materials Science and Engineering: A.- 2014.- V.611.- P. 326332.

48. Koziol K., Vilatela J., Moisala A., Motta M., Cunniff P., Sennett M., Windle A., High-performance carbon nanotube fiber // Science.- 2007.- V.318.- Issue 5858.-P. 1892-1895.

49. Miracle D.B. Metal matrix composites-from science to technological significance // Composites science and technology.- 2005.- V.65.- Issue 15.- P. 2526-2540.

50. Гопиенко В.Г., Смагоринский М.Е. Спеченные материалы из алюминиевых порошков.- М.: Металлургия, 1993.- 320с.

51. Шульга А.В. Композиты. Часть 1. Основы материаловедения композиционных материалов.- М.: НИЯУ МИФИ, 2013.- 96с.

52. Соколовская Е. Н., Гузей П. С. Физикохимия композиционных материалов. -М.: Изд-во Московского ун-та, 1978.- 255с.

53. Шатт В. Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы.- М.: Металлургия, 1983.- 520с.

125

54. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов.- М.: Металлургия, 1983.- 232с.

55. Бернштейн М.Л., Займовский М.А. Механические свойства металлов.- М.: Металлургия, 1979.- 496с.

56. Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И. Материаловедение.- М.: Машиностроение, 1986.- 384 с.

57. Tjong S.C., Novel nanoparticle-reinforced metal matrix composites with enhanced mechanical properties // Advanced Engineering Materials.- 2007.- V.9.- Issue 8.-P.639-652.

58. Tu J.P., Wang N.Y., Yang Y.Z., Qi W.X., Liu F., Zhang X.B., Lu H.M., Liu M.S. Preparation and properties of TiB2 nanoparticle reinforced copper matrix composites by in situ processing // Materials Letters.- 2002.- V.52.- Issue 6, P. 448452.

59. Bozic D., Stasic J., Dimcic B., Vilotijevic M., Rajkovic V. Multiple strengthening mechanisms in nanoparticle-reinforced copper matrix composites // Bulletin of Materials Science.- 2011.- V.34.- Issue 2.- P. 217-226.

60. Yang Y., Lan J., Li X. Study on bulk aluminum matrix nano-composite fabricated by ultrasonic dispersion of nano-sized SiC particles in molten aluminum alloy // Materials Science and Engineering: A.- 2004.- V.380.- Issue 1.- P. 378-383.

61. Mazahery A., Abdizadeh H., Baharvandi H.R., Development of high-performance A356/nano-Al2O3 composites // Materials Science and Engineering: A.- 2009.-V.518.- Issue 1.- P.61-64.

62. Casati R., Vedani M. Metal matrix composites reinforced by nano-particles—a review // Metals.- 2014.- V.4.- Issue 1.- P. 65-83.

63. Gibson R.F. A review of recent research on mechanics of multifunctional composite materials and structures // Composite structures.- 2010.- V.92.- Issue 12.- P. 2793-2810.

64. Sanaty-Zadeh A. Comparison between current models for the strength of particulate-reinforced metal matrix nanocomposites with emphasis on

consideration of Hall-Petch effect // Materials Science and Engineering: A.- 2012.531.- P. 112-118.

65. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature.- 1991.- V.354.- Issue 6348.- P. 56-58.

66. Yu M.F., Lourie O., Dyer M.J., Moloni K., Kelly T.F., Ruoff R.S. Strength and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load // Science.- 2000.- V.287.- Issue 5453.- P. 637-640.

67. Bakshi S.R., Lahiri D., Agarwal A. Carbon nanotube reinforced metal matrix composites-a review // International Materials Reviews.- 2010.- V.55.- Issue 1.- P. 41-64.

68. Kwon H., Estili M., Takagi K., Miyazaki T., Kawasaki A. Combination of hot extrusion and spark plasma sintering for producing carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites // Carbon.- 2009.- V. 47.- Issue 3.- P. 570-577.

69. Chen W.X., Tu J.P., Wang L.Y., Gan H.Y., Xu Z.D., Zhang X.B. Tribological application of carbon nanotubes in a metal-based composite coating and composites // Carbon.- 2003.- V.41.-Issue 2.- P. 215-222.

70. Goh C.S., Wei J., Lee L.C., Gupta M. Simultaneous enhancement in strength and ductility by reinforcing magnesium with carbon nanotubes // Materials Science and Engineering: A.- 2006.- V.423.- Issue 1.- P. 153-156.

71. Dai P.Q., Xu W.C., Huang Q.Y. Mechanical properties and microstructure of nanocrystalline nickel-carbon nanotube composites produced by electrodeposition // Materials Science and Engineering: A.- 2008.- V.483.- P. 172-174.

72. Kumar H.P., Xavior M.A. Graphene reinforced metal matrix composite (GRMMC): a review // Procedia Engineering.- 2014.- V.97.- P. 1033-1040.

73. Allison J.E., Cole G.S. Metal-matrix composites in the automotive industry: opportunities and challenges // JoM.-1993.- V.45.- Issue 1.- P. 19-24.

74. Rawal S.P. Metal-matrix composites for space applications // JOM.- 2001.- V.53.-Issue 4.- P. 14-17.

75. Ahmad Z., Farzaneh A., Aleem B.A. Recent Trends in Processing and Degradation of Aluminium Alloys.- L: InTech, 2011.- 528p., P. 385-406.

127

76. Ferguson J.B., Aguirre I., Lopez H., Schultz B.F., Cho K., Rohatgi P.K. Tensile properties of reactive stir-mixed and squeeze cast Al/CuO np-based metal matrix nanocomposites // Materials Science and Engineering: A.- 2014.- V.611.- P. 326332.

77. Kukula-Kurzyniec A., Dutkiewicz J., Góral A., Coddet C., Dembinski L., Perrière L. Aluminium based composites strengthened with metallic amorphous phase or ceramic (Al2O3) particles // Materials & Design.- 2014.- V.59.- P. 246-251.

78. Mobasherpour I., Tofigh A.A., Ebrahimi M. Effect of nano-size Al2O3 reinforcement on the mechanical behavior of synthesis 7075 aluminum alloy composites by mechanical alloying // Materials chemistry and physics.- 2013.-V.138.- Issue 2.- P. 535-541.

79. Liu Y.Q., Cong H.T., Wang W., Sun C.H., Cheng H.M. AlN nanoparticle-reinforced nanocrystalline Al matrix composites: Fabrication and mechanical properties // Materials Science and Engineering: A.- 2009.- V.505.- Issue 1.- P. 151-156.

80. Cao G., Kobliska J., Konishi H., Li X. Tensile properties and microstructure of SiC nanoparticle-reinforced Mg-4Zn alloy fabricated by ultrasonic cavitation-based solidification processing // Metallurgical and Materials Transactions A.- 2008.-V.39.- Issue 4.- P. 880-886.

81. Diaz C., González-Carrasco J.L., Caruana G., Lieblich M. Ni3AI intermetallic particles as wear-resistant reinforcement for Al-base composites processed by powder metallurgy // Metallurgical and materials transactions A.- 1996.- V.27.-Issue 10.- P. 3259-3266.

82. Scudino S., Liu G., Prashanth K.G., Bartusch B., Surreddi K.B., Murty, B.S., Eckert J. Mechanical properties of Al-based metal matrix composites reinforced with Zr-based glassy particles produced by powder metallurgy // Acta Materialia.-2009.- V.57.- Issue 6.- P. 2029-2039.

83. George R., Kashyap K.T., Rahul R., Yamdagni S. Strengthening in carbon nanotube/aluminium (CNT/Al) composites // Scripta Materialia.- 2005.- V.53.-Issue 10.- P. 1159-1163.

84. Xu C.L., Wei B.Q., Ma R.Z., Liang J., Ma X.K., Wu D.H. Fabrication of aluminum-carbon nanotube composites and their electrical properties // Carbon.-1999.- V.37.- Issue 5.- P. 855-858.

85. Curtin W.A., Sheldon B.W. CNT-reinforced ceramics and metals // Materials Today.- 2004.- V.7.- Issue 11.- P. 44-49.

86. Yang M., Scott V.D. Carbide formation in a carbon fibre reinforced aluminium composite // Carbon.- 1991.- V.29.- Issue 7.- P. 877-879.

87. Vidal-Setif M.H., Lancin M., Marhic C., Valle R., Raviart J.L., Daux J.C., Rabinovitch M. On the role of brittle interfacial phases on the mechanical properties of carbon fibre reinforced Al-based matrix composites // Materials Science and Engineering: A.- 1999.- V.272.- Issue 2.- P. 321-333.

88. Самсонов Г.В. Нитриды.- Киев: Наукова думка, 1969.- 380с.

89. Pease R.S. Crystal structure of boron nitride // Nature.- 1950.- V.165.- P. 722 - 723.

90. Chen C., Guo L., Luo J., Hao J., Guo Z., Volinsky A.A. Aluminum powder size and microstructure effects on properties of boron nitride reinforced aluminum matrix composites fabricated by semi-solid powder metallurgy // Materials Science and Engineering: A.- 2015.- V. 646.- P. 306-314.

91. Fujii H., Nakae H., Okada K. Interfacial reaction wetting in the boron nitride/molten aluminum system // Acta metallurgica et materialia.- 1993.- V.41.-Issue 10.- P. 2963-2971.

92. Xue X.M., Wang J.T., Quan M.X. Wettability and spreading kinetics of liquid aluminium on boron nitride // Journal of materials science.- 1991.- V.26.- Issue 23.- P. 6391-6395

93. Kobashi M., Choh T., Synthesis of boride and nitride ceramics in molten aluminium by reactive infiltration // Journal of materials science.- 1997.- V.32.-Issue 23.- P.6283-6289.

94. Nicholas M.G., Mortimer D.A., Jones L.M., Crispin R.M. Some observations on the wetting and bonding of nitride ceramics // Journal of materials science.- 1990.-V.25.- Issue 6.- P. 2679-2689.

95. Chiaramonte F.P. Rosenthal B.N. Wettability of pyrolytic boron nitride by aluminum // Journal of the American Ceramic Society.- 1991.- V.74.- Issue 3.- P. 658-661.

96. Du Y., Li S., Zhang K., Lu K. BN/Al composite formation by high-energy ball milling // Scripta Materialia.- 1997.- V.36.- Issue 1, P.7-14.

97. Lee K.B., Ahn J.P., Kwon H. Characteristics of AA6061/BN composite fabricated by pressureless infiltration technique // Metallurgical and Materials Transactions A.- 2001.- V.32.- Issue 4.- P.1007-1018.

98. Lee K.B., Sim H.S., Heo S.W., Yoo H.R., Cho S.Y., Kwon H. Tensile properties and microstructures of Al composite reinforced with BN particles // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.- 2002.- V.33.- Issue 5.- P. 709-715.

99. Dobrzanski L.A., Wlodarczyk A., Adamiak M. The structure and properties of PM composite materials based on EN AW-2124 aluminum alloy reinforced with the BN or Al2O3 ceramic particles // Journal of materials processing technology.-2006.- V.175.-Issue 1.- P. 186-191.

100. Lahiri D., Hadjikhani A., Zhang C., Xing T., Li L.H., Chen Y., Agarwal A. Boron nitride nanotubes reinforced aluminum composites prepared by spark plasma sintering: Microstructure, mechanical properties and deformation behavior // Materials Science and Engineering: A.- 2013.- V.574.- P.149-156.

101. Xue Y., Jiang B., Bourgeois L., Dai P., Mitome M., Zhang C., Yamaguchi M., Matveev A., Tang C., Bando Y., Tsuchiya K. Aluminum matrix composites reinforced with multi-walled boron nitride nanotubes fabricated by a high-pressure torsion technique // Materials & Design.- 2015.- V.88.- P. 451-460.

102. Yamaguchi M., Tang D.M., Zhi C., Bando Y., Shtansky D., Golberg D. Synthesis, structural analysis and in situ transmission electron microscopy mechanical tests on individual aluminum matrix/boron nitride nanotube nanohybrids // Acta Materialia.- 2012.- V.60.- Issue 17.- P. 6213-6222.

103. Krasheninnikov A.V., Berseneva N., Kvashnin D.G., Enkovaara J., Bjorkman T., Sorokin P., Shtansky D., Nieminen R.M., Golberg, D. Toward Stronger Al-BN Nanotube Composite Materials: Insights into Bonding at the Al/BN Interface from

130

First-Principles Calculations // The Journal of Physical Chemistry C.- 2014.-V.118.- Issue 46.- P. 26894-26901.

104. Lahiri D., Singh V., Li L.H., Xing T., Seal S., Chen Y., Agarwal A. Insight into reactions and interface between boron nitride nanotube and aluminum // Journal of Materials Research.- 2012.- V.27.- Issue 21.- P. 2760-2770.

105. Matveev A.T., Firestein K.L., Steinman A.E., Kovalskii A.M., Sukhorukova I.V., Lebedev O.I., Shtansky D.V., Golberg D. Synthesis of boron nitride nanostructures from borates of alkali and alkaline earth metals // Journal of Materials Chemistry

A.- 2015.- V.3.- Issue 41 P. 20749-20757.

106. Zhao H., Song J., Song X., Yan Z., Zeng H. Ag/white graphene foam for catalytic oxidation of methanol with high efficiency and stability // Journal of Materials Chemistry A.- 2015.- V.3.- Issue 12.- P. 6679-6684.

107. Oku T., Kusunose T., Niihara K., Suganuma K. Chemical synthesis of silver nanoparticles encapsulated in boron nitride nanocages // Journal of Materials Chemistry.- 2000.- V.10.- Issue 2.- P. 255-257.

108. Belonenko M.B., Lebedev N.G. Two-qubit cells made of boron nitride nanotubes for a quantum computer // Technical Physics.- 2009.- V. 54.- Issue 3.- P. 338-342.

109. Sukhorukova I.V., Zhitnyak I.Y., Kovalskii A.M., Matveev A.T., Lebedev O.I., Li X., Gloushankova N.A., Golberg D., Shtansky D.V. Boron Nitride Nanoparticles with a Petal-Like Surface as Anticancer Drug-Delivery Systems // ACS applied materials & interfaces.- 2015.- V.7.- Issue 31.- P. 17217-17225.

110. Kim K.S., Kingston C.T., Hrdina A., Jakubinek M.B., Guan J., Plunkett M., Simard

B. Hydrogen-catalyzed, pilot-scale production of small-diameter boron nitride nanotubes and their macroscopic assemblies // ACS nano.- 2014.- V.8.- Issue 6.-P. 6211-6220.

111. Fathalizadeh A., Pham T., Mickelson W., Zettl A. Scaled synthesis of boron nitride nanotubes, nanoribbons, and nanococoons using direct feedstock injection into an extended-pressure, inductively-coupled thermal plasma // Nano letters.-2014.-V.14.- Issue 8.- P. 4881-4886.

112. Tang C., Bando Y., Sato T., Kurashima K. A novel precursor for synthesis of pure boron nitride nanotubes // Chemical Communications.- 2002.- V.12.- P. 12901291.

113. Bartnitskaya T.S., Lyashenko V.I., Kurdyumov A.V., Ostrovskaya N.F., Rogovaya I.G. Effect of lithium on structure formation of graphite-like boron nitride with carbothermal synthesis // Powder Metallurgy and Metal Ceramics.- 1995.- V.33.-Issue 7-8.- P. 335-340.

114. Ibrahim I.A., Mohamed F.A., Lavernia E.J. Particulate reinforced metal matrix composites - a review // Journal of materials science.- 1991.- V.26.- Issue 5.- P. 1137-1156.

115. Lloyd D.J. Particle reinforced aluminium and magnesium matrix composites // International Materials Reviews.- 1994.- V.39.- Issue 1.- P. 1-23.

116. Rana R.S., Purohit R., Das S. Review of recent Studies in Al matrix composites // International Journal of Scientific & Engineering Research.- 2012.- V.3.- Issue 6.-P. 1-16.

117. Райченко А.И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока.- М.: Металлургия, 1987.- 128с.

118. Nygren M., Shen Z. On the preparation of bio-, nano-and structural ceramics and composites by spark plasma sintering // Solid State Sciences.- 2003.- V.5.- Issue 1.- P. 125-131.

119. Mordike B.L., Kaczmar J., Kielbinski M., Kainer K.U. Effect of tungsten content on the properties and structure of cold extruded Cu-W composite materials // Powder Metallurgy International.- 1991.- V.23.- Issue 2.- P. 91-95.

120. Nie K.B., Wang X.J., Hu X.S., Xu L., Wu K., Zheng M.Y. Micro structure and mechanical properties of SiC nanoparticles reinforced magnesium matrix composites fabricated by ultrasonic vibration // Materials Science and Engineering: A.- 2011.- V.528.- Issue 15.- P. 5278-5282.

121. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Progress in materials science.- 2001.- V.46.- Issue 1.- P. 1-184.

122. Suryanarayana C., Al-Aqeeli N. Mechanically alloyed nanocomposites // Progress in Materials Science.- 2013.- V.58.- Issue 4.- P. 383-502.

123. Шеламов В.А. Литвинцев А.И. Физико-химические основы производства полуфабрикатов из спеченых алюминиевых порошков.- М: Металлургия, 1970.- 278с.- C23.

124. Kimura Y., Wakabayashi T., Okada K., Wada T., Nishikawa H. Boron nitride as a lubricant additive // Wear.- 1999.- V.232.- Issue 2.- P. 199-206.

125. Tiwari D., Basu B., Biswas K. Simulation of thermal and electric field evolution during spark plasma sintering // Ceramics International.- 2009.- V.35.- Issue 2.-P.699-708.

126. Munir Z.A., Anselmi-Tamburini U., Ohyanagi M. The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: a review of the spark plasma sintering method // Journal of Materials Science.- 2006.- V.41.- Issue 3.- P. 763-777.

127. Tokita M. Mechanism of spark plasma sintering // Proceeding of NEDO International Symposium on Functionally Graded Materials.- 1999.- V.22.- P. 113.

128. Santanach J.G., Weibel A., Estoumès C., Yang Q., Laurent C., Peigney A. Spark plasma sintering of alumina: Study of parameters, formal sintering analysis and hypotheses on the mechanism (s) involved in densification and grain growth // Acta Materialia.- 2011.- V.59.- Issue 4.- P. 1400-1408.

129. Guyot P., Antou G., Pradeilles N., Weibel A., Vandenhende M., Chevallier G., Peigney A., Estournès C., Maître A. Hot pressing and spark plasma sintering of alumina: Discussion about an analytical modelling used for sintering mechanism determination // Scripta Materialia.- 2014.- V.84.- P. 35-38.

130. Bernard-Granger G., Guizard C. Densification mechanism involved during spark plasma sintering of a codoped a-alumina material: Part I. Formal sintering analysis // Journal of Materials Research.- 2009.- V.24.- Issue 01.- P. 179-186.

131. Belmonte M., Osendi M.I., Miranzo P. Modeling the effect of pulsing on the spark plasma sintering of silicon nitride materials // Scripta Materialia.- 2011.- V.65.-Issue 3.- P. 273-276.

132. Chaim R. Densification mechanisms in spark plasma sintering of nanocrystalline ceramics // Materials Science and Engineering: A.- 2007.- V.443.- Issue 1.- P. 2532.

133. Moskovskikh D.O., Lin Y.C., Rogachev A.S., McGinn P.J., Mukasyan A.S. Spark plasma sintering of SiC powders produced by different combustion synthesis routes // Journal of the European Ceramic Society.- 2015.- V.35.- Issue 2.- P. 477486.

134. Hakamada M., Yamada Y., Nomura T., Chen Y., Kusuda H., Mabuchi M. Fabrication of porous aluminum by spacer method consisting of spark plasma sintering and sodium chloride dissolution // Materials transactions.- 2005.- V.46.-Issue 12.- P. 2624-2628.

135. Nicula R., Luthen F., Stir M., Nebe B., Burkel E. Spark plasma sintering synthesis of porous nanocrystalline titanium alloys for biomedical applications // Biomolecular engineering.- 2007.- V.24.- Issue 5.- P. 564-567.

136. Suk M.J., Seo W.S. Kwon Y.S. Fabrication of graded porous structure with pore size distribution by SPS process // Materials science forum.- 2007.- V.534.- P. 965968.

137. Handtrack D., Despang F., Sauer C., Kieback B., Reinfried N., Grin Y. Fabrication of ultra-fine grained and dispersion-strengthened titanium materials by spark plasma sintering // Materials Science and Engineering: A.- 2006.- V.437.- Issue 2.-P. 423-429.

138. Kim K.T., Cha S.I., Hong S.H. Hong S.H. Microstructures and tensile behavior of carbon nanotube reinforced Cu matrix nanocomposites // Materials Science and Engineering: A.- 2006.- V.430.- Issue 1.- P. 27-33.

139. Dash K., Ray B.C., Chaira D. Synthesis and characterization of copper-alumina metal matrix composite by conventional and spark plasma sintering // Journal of Alloys and compounds.- 2012.- V.516.- P. 78-84.

134

140. Ghasali E., Pakseresht A., Safari-Kooshali F., Agheli M., Ebadzadeh T. Investigation on microstructure and mechanical behavior of Al-ZrB2 composite prepared by microwave and spark plasma sintering // Materials Science and Engineering: A.- 2015.- V.627.- P. 27-30.

141. Nieto A., Huang L., Han Y.H., Schoenung J.M. Sintering behavior of spark plasma sintered alumina with graphene nanoplatelet reinforcement // Ceramics International.- 2015.- V.41.- Issue 4.- P. 5926-5936.

142. Liao J.Z., Tan M.J., Sridhar I. Spark plasma sintered multi-wall carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites // Materials & Design.- 2010.- V.31.- P. 96-S100.

143. Vintila R., Charest A., Drew R.A.L., Brochu M. Synthesis and consolidation via spark plasma sintering of nanostructured Al-5356/B 4 C composite // Materials Science and Engineering: A.- 2011.- V.528.- Issue 13.- P. 4395-4407.

144. Филонов М. Р., Аникин Ю. А, Левин Ю. Б., Теоретические основы производства аморфных и нанокристаллических сплавов методом сверхбыстрой закалки.- М.: «МИСиС», 2006.- 328с.

145. Inoue A., Ohtera K., Masumoto T. New amorphous Al-Y, Al-La and Al-Ce alloys prepared by melt spinning // Japanese journal of applied physics.- 1988.- V.27.-Issue 5A.- P. 736.

146. Nussbaum G., Ast D.G. Preparation of amorphous composite materials // Journal of materials science.- 1987.- V.22.- Issue 1.- P. 23-26.

147. Conner R.D., Dandliker R.B., Johnson W.L. Mechanical properties of tungsten and steel fiber reinforced Zr 41.25 Ti 13.75 Cu 12.5 Ni 10 Be 22.5 metallic glass matrix composites // Acta Materialia.- 1998.- V.46.- Issue 17.- P. 6089-6102.

148. He G., Eckert J., Loser W. Stability, phase transformation and deformation behavior of Ti-base metallic glass and composites // Acta materialia.- 2003.- V.5.-Issue 16.- P. 1621-1631.

149. Surappa M.K. Aluminium matrix composites. Challenges and opportunities // Sadhana.- 2003.-V.28.-Issue 1-2.- P .319-334.

150. Kaczmar J.W., Pietrzak K., Wlosinski W. The production and application of metal matrix composite materials // Journal of Materials Processing Technology.- 2000.-V.106.- Issue 1.- P. 58-67.

151. 50 лет порошковой металлургии Беларуси. История, достижения, перспективы / ред.кол.:А.Ф.Ильющенко.- Минск, 2010.- C. 135-136.

152. Leichtfried G., Sauthoff G., Spriggs G. E. Refractory, Hard and Intermetallic Materials.- Springer: Berlin Heidelberg, 2002.- P. 129-135.

153. Kamitsos E. I., Patsis A. P., Karakassides M. A., Chryssikos G.D. Infrared Reflectance Spectra of Lithium Borate Glasses // Journal of Non-Crystall. Solids.-

1990.-V.126.- P. 52-67.

154. Meera B. N., Ramakrishna J. Raman Spectral Studies of Borate Glasses // Journal of Non-Crystall. Solids.- 1993.V.159.-P. 1-21.

155. Wakasugi T., Tsukihashi F., Sano N. Thermodynamics of Nitrogen in B2O3, B203-Si02, and B203 - CaO Systems // Journal American Ceramic Society.-

1991.-V.74.-P. 1650-1653.

156. Wakasugi T., Sano N. The Solubilities of BN in B203 Bearing Melts // Journal of Non-Crystall. Solids.- 1991.-V.135.- P. 139-145.

157. Kelly P.M. The effect of particle shape on dispersion hardening // Scripta Metallurgica.- 1972.-V.6.- Issue 8.- P. 647-656.

158. Trojanova Z., Szaraz Z., Labar J., Lukac P. Deformation behaviour of an AS21 alloy reinforced by short Saffil fibres and SiC particles // Journal of materials processing technology.- 2005.- V.162.- P. 131-138.

159. Levinshtein M.E., Rumyantsev, S.L., Shur M.S. Properties of Advanced Semiconductor Materials: GaN, AIN, InN, BN, SiC, SiGe.- L:John Wiley & Sons. 2001.- 216P.

160. Clyne T.W., Withers P.J. An introduction to metal matrix composites.-L:Cambridge University Press, 1995.- 509P.

161. Li Q., Rottmair C.A., Singer R.F. CNT reinforced light metal composites produced by melt stirring and by high pressure die casting // Composites Science and Technology.- 2010.- V.70.-Issue 16.- P. 2242-2247.

136

162. Bakshi S.R., Agarwal A. An analysis of the factors affecting strengthening in carbon nanotube reinforced aluminum composites // Carbon.- 2011.- V.49.-Issue 2.- P. 533-544.